【摘 要】
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在纳米器件中,忆阻器(Memristor)因其独特的非线性电学特性在阻变存储和神经突触仿生领域中有广泛应用,吸引了很多学者的浓厚研究兴趣,其中生物忆阻器(Bio-memristor)因其结构简单、开关速度快、对环境友好、功耗低等优点,越来越受到人们的关注,同样二维材料在电子器件应用中的快速发展也促使研究人员把二维材料成功的应用于忆阻器中。然而,在实际应用中,以上两类忆阻器存在不稳定的问题,即阈值开
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在纳米器件中,忆阻器（Memristor）因其独特的非线性电学特性在阻变存储和神经突触仿生领域中有广泛应用,吸引了很多学者的浓厚研究兴趣,其中生物忆阻器（Bio-memristor）因其结构简单、开关速度快、对环境友好、功耗低等优点,越来越受到人们的关注,同样二维材料在电子器件应用中的快速发展也促使研究人员把二维材料成功的应用于忆阻器中。然而,在实际应用中,以上两类忆阻器存在不稳定的问题,即阈值开关电压的分布不均匀,从而会削弱忆阻器的性能,所以我们尝试采用新材料,替换中间层结构的方法来增强器件的稳定性。因此,本文利用生物材料掺银牛血清蛋白（BSA-Ag）和二维材料SnSe2制备了不同结构的忆阻器,着重研究开关参数弥散的改善方案问题,并且探究了其仿生特性和开关物理机理,做了以下工作:一.制备传统的单一中间层Ag/BSA-Ag/Pt结构忆阻器及含氧化物层Zr O2的叠层Ag/BSA-Ag/Zr O2/Pt结构忆阻器,并测试了这两种器件的I-V特性,发现这两种结构的器件都具有阻变的电学特性,加入氧化物Zr O2的器件与传统器件相比,表现出更好的稳定性,如开关电压阈值更集中,保持特性更优良,开关速度更小,模拟的尖峰时间依赖可塑性更好。此外,我们还用柔性衬底Polydimethylsiloxane（PDMS）制备了Ag/BSA-Ag/Zr O2/Pd/PDMS结构的柔性器件,发现其在折叠500次后仍具有良好的电学特性,并且该器件在浸入去离子水36小时后溶解,具有生物可溶性。最后,我们探究了性能改善的原因,认为导电细丝生长和断裂的随机性将导致开关电压分散,从而削弱忆阻器的性能,加入氧化物使导电细丝的破裂/恢复限制在了双层界面区域。二.使用在光电器件领域应用广泛的二维材料SnSe2制备了Ag/SnSe2/Pt结构的器件及中间层中含有氧化物Zr O2的Ag/SnSe2/Zr O2/Pt结构器件,对比了这两种结构的器件,分别测试了器件的电学特性并计算了它们的开关功率,发现含有氧化物的器件不仅电学特性得到改善,而且与不含氧化物器件的开关功率相比,功率明显降低,具有低功耗的优点。三.以惰性金属Ta为忆阻器件的顶电极,二维材料SnSe2和氧化物Hf0.5Zr0.5O2（HZO）为中间功能层,制备了Ta/SnSe2/HZO/Pt结构的忆阻器,分别在0.15 m A、0.1 m A和0.07m A的不同限流条件下测试了器件的I-V特性,结果发现该结构器件有缓变的I-V特性、并且能够实现双向的电导调控,我们还从正方向和负方向分别对该器件进行了五次连续扫描,进一步证明了该忆阻器件的电导具有连续可调性,实验结果对人工突触在类脑神经计算中的模拟有很好的参考价值。
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